(57)【要約】【課題】  ホバリング状態にある回転翼航空機を加速させて前進（後進・横進）飛行へと移行させる際における高度維持を自動的に実現させることができ、パイロットの操縦上の負担を格段に低減することができる回転翼航空機の高度制御装置を提供する。【解決手段】  回転翼航空機の姿勢角を検出する姿勢角センサ１０と、回転翼航空機の飛行速度を検出する速度センサ２０と、姿勢角センサ１０で検出した姿勢角及び／又は速度センサ２０で検出した飛行速度に基づいてコレクティブピッチ角の補正量を算出する制御計算機（補正量算出手段）４０と、を備える。ホバリング状態にある回転翼航空機を加速させて水平飛行へと移行させる際に、機体の傾きに起因する揚力減少を補うとともに飛行速度増加に伴って発生する転移揚力を打ち消すような補正量を算出し、この補正量に基づいて回転翼航空機のコレクティブピッチ角を補正して、高度維持を実現させる。【選択図】図２
2005349871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼航空機の姿勢角を検出する姿勢角センサと、
回転翼航空機の飛行速度を検出する速度センサと、
前記姿勢角センサで検出した姿勢角及び／又は前記速度センサで検出した飛行速度に基づいてコレクティブピッチ角補正量を算出する補正量算出手段と、を備え、
ホバリング状態にある回転翼航空機を加速させて水平飛行へと移行させる際に、前記補正量算出手段で算出したコレクティブピッチ角補正量により回転翼航空機のコレクティブピッチ角を補正して高度維持を実現させることを特徴とする回転翼航空機の高度制御装置。
【請求項２】
前記補正量算出手段は、
前記姿勢角センサで検出した姿勢角に基づいて回転翼航空機のロータ推力軸の傾斜角を算出し、この傾斜角に対するコレクティブピッチ角の第１補正量を算出する第１補正量算出手段と、
前記速度センサで検出した飛行速度に対するコレクティブピッチ角の第２補正量を算出する第２補正量算出手段と、を有し、
前記第１補正量に所定の調整係数を乗じた値と、前記第２補正量に所定の調整係数を乗じた値と、を加算することにより前記コレクティブピッチ角補正量を算出することを特徴とする請求項１に記載の回転翼航空機の高度制御装置。
【請求項３】
前記第１補正量算出手段は、
回転翼航空機のピッチ姿勢角をθ、ロール姿勢角をφ、ロータ推力軸の傾斜角をζ、ホバリング状態における回転翼航空機のコレクティブピッチ角平均値をθC0とした場合に、以下の式
【数１】
2005349871.tif 000010
を用いてコレクティブピッチ角の第１補正量△θC1を算出することを特徴とする請求項２
に記載の回転翼航空機の高度制御装置。
【請求項４】
前記第２補正量算出手段は、
回転翼航空機の水平飛行に必要なコレクティブピッチ角理論値を回転翼航空機の飛行速度に応じて算出するとともに、このコレクティブピッチ角理論値からホバリング状態における回転翼航空機のコレクティブピッチ角平均値を減じることによりコレクティブピッチ角の第２補正量を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の回転翼航空機の高度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転翼航空機の高度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、物資の輸送、人命救助、国防などの種々の分野において回転翼航空機が使用されている。図６に示すように、回転翼航空機１００はロータ（回転翼）１１０を有しており、このロータ１１０を回転させることにより機体に作用する重量Ｇと反対向きのロータ推力Ｒを発生させて機体重量を支持しながら飛行する。そして、このロータ推力Ｒを増減させることによって飛行高度を変更するようにしている。
【０００３】
ここで、回転翼航空機１００のロータ推力Ｒを増減させるには、一般的に、ロータ１１０の回転数を変更することなく図７に示したコレクティブピッチ角θC（ロータ回転面Ｓに対してロータブレード１１１がなす角度）の大きさを変更するようにする。パイロットは、コレクティブピッチ角θCを大きくしてロータ推力Ｒを増加させる一方、コレクティブピッチ角θCを小さくしてロータ推力Ｒを低減させる。
【０００４】
また、回転翼航空機１００を前後左右に移動させるためには、ロータ回転面Ｓ（及びロータ推力軸）を前後左右に傾けることによって、進行方向への推力を発生させるようにする。例えば、ホバリング状態にある図８（ａ）に示した回転翼航空機１００を加速させて図８（ｂ）に示した前進飛行に移行させる際には、パイロットは操縦桿を前に倒してロータ回転面Ｓ及び機体姿勢を前傾させて、前方への推力Ｔと機体重量を支持する揚力Ｌとを発生させるようにする。
【０００５】
ところが、ホバリング状態にある回転翼航空機１００を加速させる際には、図８（ｂ）に示すようにロータ推力軸が傾斜するので、回転翼航空機１００の機体重量を支持する揚力Ｌを発生させて高度を維持するためにより大きなロータ推力Ｒを発生させる必要がある。一方、機体の速度が所定の値まで増加すると、図８（ｃ）に示すような転移揚力ＬTが発生するので、回転翼航空機１００の高度を維持するために必要なロータ推力Ｒは低減する。
【０００６】
従って、パイロットは、ホバリング状態にある回転翼航空機１００を前進飛行に移行させる際に、操縦桿の操作に加え、最初の加速時に一時的にコレクティブピッチ角θCを大きくするための操作を行う必要がある一方、機体の速度が増加すると今度は徐々にコレクティブピッチ角θCを小さくするための操作を行う必要がある。かかる高度制御用の複合操作は、前進飛行だけでなく後進飛行や横進飛行を開始する際においても必要となるため、パイロットに多大な負担をかけてしまうとともに、パイロットの操縦技量に熟練を必要とし、訓練の長期化の大きな要因となっている。
【０００７】
このため、近年においては、機体の角速度、加速度、サイクリック操舵量等から機体の加速状況を総合的に判定し、高度低下を抑制するためのコマンドを生成することにより、ホバリング状態にある回転翼航空機を加速させて前進（又は後進・横進）飛行に移行させる際の高度低下を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−１３１９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された技術は正常に機能すれば非常に有効であると考えられるが、入力データとして用いる機体の角速度や加速度には機体の振動に起因するノイズの影響を受け易いため、機体の加速状況を正確に判定するのは困難である。また、特許文献１に記載された技術では、判定された加速状況に応じてスケジューリングされた補正量を出力しているが、適切な補正量を設定するのは経験則による部分が大きく、正確な補正量を得るのは実用上困難であった。
【０００９】
また、特許文献１に記載された技術を採用すると、機体の加速初期におけるロータ推力軸の傾斜に起因する高度低下を抑制することができるが、機体の速度増加に伴って発生する転移揚力に対する補正を行うことができなかった。従って、一定高度を保つためには、パイロットは機体の速度増加に伴って徐々にコレクティブピッチ角を小さくするための操作を行う必要があり、複合操作の煩雑さは依然として残っていた。
【００１０】
本発明の課題は、ホバリング状態にある回転翼航空機を加速させて前進（又は後進・横進）飛行へと移行させる際における高度維持を自動的に実現させることができ、パイロットの操縦上の負担を格段に低減することができる回転翼航空機の高度制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転翼航空機の高度制御装置であって、回転翼航空機の姿勢角を検出する姿勢角センサと、回転翼航空機の飛行速度を検出する速度センサと、前記姿勢角センサで検出した姿勢角及び／又は前記速度センサで検出した飛行速度に基づいてコレクティブピッチ角補正量を算出する補正量算出手段と、を備え、ホバリング状態にある回転翼航空機を加速させて水平飛行へと移行させる際に、前記補正量算出手段で算出したコレクティブピッチ角補正量により回転翼航空機のコレクティブピッチ角を補正して高度維持を実現させることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、姿勢角センサで検出した回転翼航空機の姿勢角（ピッチ角やロール角）に係るデータや、速度センサで検出した回転翼航空機の飛行速度に係るデータに基づいて、コレクティブピッチ角補正量を自動的に算出する。そして、ホバリング状態にある回転翼航空機を加速させて水平飛行へと移行させる際に、算出したコレクティブピッチ角補正量を用いてコレクティブピッチ角を補正して、高度維持を自動的に実現させることができる。
【００１３】
すなわち、機体の振動に起因するノイズの影響を受け難い「姿勢角」に係る情報に基づいてコレクティブピッチ角補正量を自動的に算出し、この補正量を用いてコレクティブピッチ角を補正することができるので、きわめて正確な高度維持制御を実現させることができる。また、機体の「飛行速度」に係る情報に基づいてコレクティブピッチ角補正量を自動的に算出し、この補正量を用いてコレクティブピッチ角を補正することができるので、機体の速度増加に伴って発生する転移揚力に対する補正を行うことができ、この点からも正確な高度維持制御が可能となる。
【００１４】
従って、ホバリング飛行状態にある回転翼航空機を加速させて水平飛行へと移行させる際に、パイロットがコレクティブピッチ角の複合操作（高度制御用の複合操作）を行う必要がなくなるため、パイロットの操縦上の負担を格段に低減することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転翼航空機の高度制御装置において、前記補正量算出手段は、前記姿勢角センサで検出した姿勢角に基づいて回転翼航空機のロータ推力軸の傾斜角を算出し、この傾斜角に対するコレクティブピッチ角の第１補正量を算出する第１補正量算出手段と、前記速度センサで検出した飛行速度に対するコレクティブピッチ角の第２補正量を算出する第２補正量算出手段と、を有し、前記第１補正量に所定の調整係数を乗じた値と、前記第２補正量に所定の調整係数を乗じた値と、を加算することにより前記コレクティブピッチ角補正量を算出することを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、回転翼航空機の姿勢角からロータ推力軸の傾斜角を算出し、この傾斜角に対するコレクティブピッチ角の第１補正量を算出し、この第１補正量に所定の調整係数を乗じた値を用いてコレクティブピッチ角を補正することができる。従って、機体の加速初期におけるロータ推力軸の傾斜に起因する高度変化を効果的に抑制することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明によれば、回転翼航空機の飛行速度に対するコレクティブピッチ角の第２補正量を算出し、この第２補正量に所定の調整係数を乗じた値を用いてコレクティブピッチ角を補正することができる。従って、機体の速度増加に伴って発生する転移揚力に起因する高度変化を効果的に抑制することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転翼航空機の高度制御装置において、前記第１補正量算出手段は、回転翼航空機のピッチ姿勢角をθ、ロール姿勢角をφ、ロータ推力軸の傾斜角をζ、ホバリング状態における回転翼航空機のコレクティブピッチ角平均値をθC0とした場合に、以下の式
【００１９】
【数１】
2005349871.tif 000003
を用いてコレクティブピッチ角の第１補正量△θC1を算出することを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の回転翼航空機の高度制御装置において、前記第２補正量算出手段は、回転翼航空機の水平飛行に必要なコレクティブピッチ角理論値を回転翼航空機の飛行速度に応じて算出するとともに、このコレクティブピッチ角理論値からホバリング状態における回転翼航空機のコレクティブピッチ角平均値を減じることによりコレクティブピッチ角の第２補正量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、回転翼航空機の「姿勢角」に係る情報に基づいてコレクティブピッチ角の補正を行うことができるので、機体の加速初期における高度変化を効果的に抑制することができる。また、回転翼航空機の「飛行速度」に係る情報に基づいてコレクティブピッチ角の補正を行うことができるので、機体の速度増加に伴って発生する転移揚力に起因する高度変化を効果的に抑制することができる。この結果、きわめて正確な高度維持制御を自動的に実現させることができ、ホバリング飛行状態にある回転翼航空機を加速させて水平飛行へと移行させる際におけるパイロットの操縦上の負担を格段に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。
【００２３】
[第１の実施の形態]
まず、図１〜図４を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る高度制御装置の構成について説明する。本実施の形態においては、パイロットによって操縦される有人の回転翼航空機の高度制御を行う高度制御装置について説明することとする。
【００２４】
本実施の形態に係る高度制御装置は、図１に示すように、姿勢角センサ１０、速度センサ２０、アクチュエータ３０、制御計算機４０等を備えて構成されており、ホバリング状態にある回転翼航空機１を加速させて前進飛行に移行させる際にコレクティブピッチ角の補正を行うことにより、高度維持を実現させるものである。
【００２５】
姿勢角センサ１０は、回転翼航空機１のピッチ姿勢角及びロール姿勢角を検出する。速度センサ２０は、回転翼航空機１の飛行速度を検出する。姿勢角センサ１０で検出された姿勢角に係る情報及び速度センサ２０で検出された飛行速度に係る情報は制御計算機４０に入力され、コレクティブピッチ角補正量の算出に用いられる。
【００２６】
アクチュエータ３０は、パイロットによるコレクティブピッチレバー３の操作により生成されたコレクティブピッチ角の操舵指令（コレクティブピッチ角補正量で補正されたものを含む）を受けて回転翼航空機１のロータブレード２を駆動して、コレクティブピッチ角を変化させる。
【００２７】
制御計算機４０は、演算処理回路、飛行制御に必要な各種制御プログラム、各種情報を記憶するメモリ、等を備えており、回転翼航空機１の姿勢角及び飛行速度に係る情報や、コレクティブピッチレバー３の操作により生成された操舵指令を受けて、コレクティブピッチ角補正量を算出する。すなわち、制御計算機４０は、本発明における補正量算出手段である。操舵指令は、制御計算機４０で算出されたコレクティブピッチ角補正量によって補正され、この補正された操舵指令によってアクチュエータ３０が制御される。
【００２８】
制御計算機４０は、図２に示すように、コレクティブピッチ角の第１補正量を算出する第１補正量算出手段４１、コレクティブピッチ角の第２補正量を算出する第２補正量算出手段４２、第１補正量及び第２補正量を用いてコレクティブピッチ角補正量を算出するための加算器４３、ホバリング状態にある回転翼航空機１のコレクティブピッチ角平均値（以下「ホバリング時平均値」という）を算出するホバリング時平均値算出手段４４、等を備えている。
【００２９】
第１補正量算出手段４１は、回転翼航空機１の姿勢角センサ１０で検出した姿勢角に基づいてコレクティブピッチ角の第１補正量を算出するものである。具体的には、第１補正量算出手段４１は、回転翼航空機１のピッチ姿勢角をθ、ロール姿勢角をφ、ロータ推力軸の傾斜角をζ、ホバリング時平均値をθC0とした場合に、以下の式（Ａ１）及び式（Ａ２）を用いてコレクティブピッチ角の第１補正量△θC1を算出する。
【００３０】
【数２】
2005349871.tif 000004
【００３１】
ここで、図３を用いて、式（Ａ１）の導出方法について説明する。
【００３２】
回転翼航空機１に作用する重力をＧ、図３（ａ）に示すように回転翼航空機１がホバリング状態にあるときのロータ推力をＲ0、図３（ｂ）に示すようにロータ推力軸をζだけ傾斜させたときの回転翼航空機１のロータ推力をＲとすると、以下のような関係式（Ａ２）が成り立つ。
【００３３】
【数３】
2005349871.tif 000005
【００３４】
また、ロータ推力軸を傾斜させたときのコレクティブピッチ角をθCとすると、ロータ推力Ｒはコレクティブピッチ角θCの大きさに比例するため、以下のような関係式（Ａ３）が成り立つ。なお、式（Ａ３）中のθCOは、ホバリング時平均値（ホバリング状態にある回転翼航空機１のコレクティブピッチ角平均値）である。
【００３５】
【数４】
2005349871.tif 000006
【００３６】
これら式（Ａ２）及び式（Ａ３）より、以下のような関係式（Ａ４）が導出される。
【００３７】
【数５】
2005349871.tif 000007
【００３８】
そして、この式（Ａ４）を、コレクティブピッチ角の第１補正量△θC1を表す式（△θ
C1＝θC−θCO）に代入することにより式（Ａ１）が導出されることとなる。コレクティブピッチ角の第１補正量△θC1は、式（Ａ１）に示されるように、回転翼航空機１の姿勢
角センサ１０で検出した姿勢角（ピッチ姿勢角θ及びロール姿勢角φ）から算出されるロータ推力軸の傾斜角ζと、ホバリング時平均値θCOと、を用いて算出することができる。
【００３９】
第２補正量算出手段４２は、回転翼航空機１の速度センサ２０で検出した飛行速度に基づいてコレクティブピッチ角の第２補正量を算出するものである。具体的には、第２補正量算出手段４２は、回転翼航空機１の水平飛行に必要なコレクティブピッチ角理論値をθC、ホバリング時平均値をθC0、とした場合に、以下の式（Ｂ）を用いてコレクティブピッチ角の第２補正量△θC2を算出する。
【００４０】
【数６】
2005349871.tif 000008
【００４１】
本実施の形態においては、回転翼航空機１の飛行速度Ｕと、回転翼航空機１の水平飛行に必要なコレクティブピッチ角理論値θCと、の関係を表す図４に示すような関数Ｆを設定し、この関数Ｆに基づいて、検出された飛行速度Ｕに対応するコレクティブピッチ角理論値θCを算出している。そして、図４に示すように、このコレクティブピッチ角理論値θCとホバリング時平均値θC0との差分を第２補正量△θC2として定義している。
【００４２】
ホバリング状態にある回転翼航空機１が加速して飛行速度Ｕが所定の速度領域に達すると、転移揚力ＬT（図８（ｃ）参照）が発生する。このため、回転翼航空機１の水平飛行に必要なコレクティブピッチ角理論値θCは、図４の関数Ｆに示されるように一時的に低減するので、かかる速度領域においては、第２補正量△θC2は負の値となる。
【００４３】
一方、回転翼航空機１がさらに加速して飛行速度Ｕが前記した速度領域を超えた場合には、機体の抵抗が増大するため、回転翼航空機１の水平飛行に必要なコレクティブピッチ角理論値θCは、図４の関数Ｆに示されるように次第に増加する。そして、このコレクティブピッチ角理論値θCがホバリング時平均値θC0を超えた時点で、第２補正量△θC2は
正の値となる。
【００４４】
第１補正量△θC1及び第２補正量△θC2は、加算器４３に入力されてコレクティブピッ
チ角補正量△θCの算出に用いられる。本実施の形態においては、図２及び以下の関係式
（Ｃ）に示すように、第１補正量△θC1に所定の調整係数Ｋ1（＞０）を乗じた値と、第
２補正量△θC2に所定の調整係数Ｋ2（＞０）を乗じた値と、を加算器４３で加算するこ
とによりコレクティブピッチ角補正量△θCを算出することとしている。
【００４５】
【数７】
2005349871.tif 000009
【００４６】
なお、前記した調整係数Ｋ1、Ｋ2は、コレクティブピッチ角補正量△θCにおける第
１補正量△θC1及び第２補正量△θC2の効き具合を調整するための係数である。本実施の
形態においては、回転翼航空機１の操縦席に設けられた所定の入力装置を用いて、パイロットが調整係数Ｋ1、Ｋ2の値を変更することができるようになっている。
【００４７】
ホバリング時平均値算出手段４４は、姿勢角センサ１０で検出した姿勢角と、速度センサ２０で検出した飛行速度と、に基づいて回転翼航空機１がホバリング状態にあるか否かを判定する。そして、回転翼航空機１がホバリング状態にあると判定した場合に、ホバリング状態が持続した時間内におけるコレクティブピッチ角平均値（ホバリング時平均値）θCOを算出する。算出されたホバリング時平均値θCOは、前記したように第１補正量算出手段４１及び第２補正量算出手段４２に入力されて、第１補正量△θC1及び第２補正量△
θC2の算出に用いられることとなる。
【００４８】
以上説明した実施の形態に係る高度制御装置においては、姿勢角センサ１０で検出した回転翼航空機１のピッチ姿勢角及びロール姿勢角に係る情報や、速度センサ２０で検出した回転翼航空機１の飛行速度に係る情報に基づいて、コレクティブピッチ角補正量を自動的に算出する。そして、このコレクティブピッチ角補正量により補正された操舵指令に基づいてアクチュエータ３０を制御してコレクティブピッチ角を変化させることにより、ホバリング状態にある回転翼航空機１を前進飛行へと移行させる際における高度維持を自動的に実現させることができる。
【００４９】
すなわち、機体の振動に起因するノイズの影響を受け難い「姿勢角」に係る情報に基づいてコレクティブピッチ角の第１補正量を自動的に算出し、この第１補正量を用いてコレクティブピッチ角を補正することができるので、きわめて正確な高度維持制御を実現させることができる。また、機体の「飛行速度」に係る情報に基づいてコレクティブピッチ角の第２補正量を自動的に算出し、この第２補正量を用いてコレクティブピッチ角を補正することができるので、機体の速度増加に伴って発生する転移揚力に対する補正を行うことができ、この点からも正確な高度維持制御が可能となる。
【００５０】
従って、ホバリング飛行状態にある回転翼航空機１を加速させて前進飛行へと移行させる際に、パイロットがコレクティブピッチ角の複合操作（高度制御用の複合操作）を行う必要がなくなるため、パイロットの操縦上の負担を格段に低減することができる。
【００５１】
また、以上説明した実施の形態に係る高度制御装置においては、回転翼航空機１のピッチ姿勢角θ及びロール姿勢角φからロータ推力軸の傾斜角ζを算出し、この傾斜角ζに対するコレクティブピッチ角の第１補正量△θC1を算出し、この第１補正量△θC1を用いて
コレクティブピッチ角を補正することができる。従って、機体の加速初期におけるロータ推力軸の傾斜に起因する高度変化を効果的に抑制することができる。
【００５２】
また、以上説明した実施の形態に係る高度制御装置においては、回転翼航空機１の飛行速度Ｕに対するコレクティブピッチ角の第２補正量△θC2を算出し、この第２補正量△θ
C2を用いてコレクティブピッチ角を補正することができる。従って、機体の速度増加に伴って発生する転移揚力に起因する高度変化を効果的に抑制することができる。
【００５３】
また、以上説明した実施の形態に係る高度制御装置においては、所定の入力装置を用いて調整係数Ｋ1及びＫ2の値を変更することにより、コレクティブピッチ角補正量△θC
における第１補正量△θC1及び第２補正量△θC2の効き具合を調整することができるので
、パイロットの操縦技量に応じた高度制御が可能となる。
【００５４】
例えば、パイロットの操縦技量が高い場合には、調整係数Ｋ1及びＫ2を零（又は零に近い値）に設定することによってコレクティブピッチ角補正量△θCを零（又は零に近い
値）とし、高度制御補正のない状態を実現させることができる。従って、操縦技量の高いパイロットに違和感を与えることがない。一方、パイロットの操縦技量が低い場合には、調整係数Ｋ1及びＫ2を適切な値に設定することによって適切な高度制御補正を実現させることができ、パイロットの操縦を支援することができる。
【００５５】
[第２の実施の形態]
次に、図５を用いて、本発明の第２の実施の形態に係る高度制御装置の構成について説明する。本実施の形態においては、制御計算機によって自動操縦される無人の回転翼航空機の高度制御を行う高度制御装置について説明することとする。
【００５６】
なお、本実施の形態に係る高度制御装置は、第１の実施の形態に係る高度制御装置の制御計算機４０の構成を一部変更するとともに高度センサ５０を新たに設けたものであり、その他の構成については第１の実施の形態と実質的に同一である。このため、変更（追加）した構成についてのみ説明することとし、第１の実施の形態と重複する構成については、第１の実施の形態と同一の符号を付すこととする。
【００５７】
本実施の形態に係る高度制御装置は、図５に示すように、回転翼航空機１の高度を検出する高度センサ５０を備えている。高度センサ５０で検出された回転翼航空機１の高度に係る情報は制御計算機４０に入力され、コレクティブピッチ角の自動操舵指令（θC_PID）の生成に用いられる。
【００５８】
また、本実施の形態に係る高度制御装置の制御計算機４０は、図５に示すように、回転翼航空機１の高度に係る情報や、予め設定された目標高度及び目標高度変化率の入力を受けて、コレクティブピッチ角の自動操舵指令θC_PIDを生成する高度制御手段４５を備えている。
【００５９】
高度制御手段４５は、ＰＩＤ制御を用いて、回転翼航空機１の実際の高度を目標高度に一致させるようなコレクティブピッチ角の自動操舵指令θC_PIDを生成する。高度制御手段４４で生成された自動操舵指令（コレクティブピッチ角補正量により補正されたものを含む）θC_PIDは、アクチュエータ３０を制御することにより回転翼航空機１のロータブレード２を駆動してコレクティブピッチ角を変化させる。
【００６０】
なお、本実施の形態に係る高度制御装置は、パイロットが搭乗しない無人の回転翼航空機の高度制御を行うものであるので、コレクティブピッチ角補正量△θCにおける第１補
正量△θC1及び第２補正量△θC2の効き具合を調整する調整係数Ｋ1、Ｋ2の値を固定す
ることとしている。
【００６１】
以上説明した実施の形態に係る高度制御装置においては、姿勢角センサ１０で検出した回転翼航空機１のピッチ姿勢角及びロール姿勢角に係る情報や、速度センサ２０で検出した回転翼航空機１の飛行速度に係る情報に基づいて、コレクティブピッチ角補正量を自動的に算出する。そして、このコレクティブピッチ角補正量により補正された自動操舵指令（θC_PID）に基づいてアクチュエータ３０を制御してコレクティブピッチ角を変化させることにより、ホバリング状態にある回転翼航空機１を前進飛行へと移行させる際における高度維持を自動的に実現させることができる。
【００６２】
なお、以上の実施の形態においては、回転翼航空機１の飛行速度Ｕと、水平飛行を維持するために必要なコレクティブピッチ角理論値θCと、の関係を図４に示すような特定の関数Ｆで表したが、この関数Ｆは、回転翼航空機１の機体の性能に応じて適宜変更することができる。また、このような関数Ｆに代えて、複数の飛行速度Ｕと複数の理論値θCとを一対一に対応させて記録したテーブルチャートを採用し、飛行速度Ｕに応じた補間計算によって理論値θCを算出することもできる。
【００６３】
また、以上の実施の形態においては、ホバリング状態にある回転翼航空機１のロータ推力軸を前方に傾斜させて「前進飛行」に移行させる際の高度制御について説明したが、「後進飛行」や「横進飛行」に移行させる際にも同様の高度制御を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高度制御装置の機能的構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図１に示した高度制御装置の制御計算機の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】回転翼航空機の姿勢角に対するコレクティブピッチ角の第１補正量の算出アルゴリズムを説明するための説明図である。
【図４】回転翼航空機の飛行速度に対するコレクティブピッチ角の第２補正量の算出アルゴリズムを説明するための説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る高度制御装置の制御計算機の構成を説明するためのブロック図である。
【図６】回転翼航空機の上下方向における力の釣り合いを説明するための説明図である。
【図７】回転翼航空機のコレクティブピッチ角の変化によるロータ推力の増減を説明するための説明図である。
【図８】回転翼航空機の各種飛行状態において必要なロータ推力を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    回転翼航空機
１０  姿勢角センサ
２０  速度センサ
４０  制御計算機（補正量算出手段）
４１  第１補正量算出手段
４２  第２補正量算出手段
Ｋ1    調整係数
Ｋ2    調整係数
Ｕ    飛行速度
θ    ピッチ姿勢角
φ    ロール姿勢角
ζ    ロータ推力軸の傾斜角
θC0  ホバリング状態にある回転翼航空機のコレクティブピッチ角平均値
△θC  コレクティブピッチ角補正量
△θC1  コレクティブピッチ角の第１補正量
△θC2  コレクティブピッチ角の第２補正量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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